拓展课程日晷教学完整设计方案

拓展课程日晷教学完整设计方案一、课程概述日晷，作为华夏文明智慧的结晶，不仅是古人认知宇宙、丈量时间的伟大发明，更是融合了天文、数学、地理与艺术的综合载体。本拓展课程旨在引导学生透过日晷这一古老的计时工具，探索光影与时间的奥秘，理解古人“天人合一”的宇宙观，并通过亲手制作与实践，培养科学探究精神、动手能力及文化传承意识。课程将从日晷的历史文化背景出发，逐步深入其科学原理，最终落脚于实践制作与观测，力求使学生在体验中学习，在探究中感悟。二、教学目标（一）知识与技能1.了解日晷的基本概念、主要类型（如赤道式日晷、地平式日晷等）及其在中外历史上的应用与发展。2.理解日晷计时的核心原理，即地球自转导致的太阳视运动与光影变化规律。3.掌握赤道式日晷的关键构成要素（晷盘、晷针、底座、刻度）及其功能。4.能够根据当地地理纬度，初步设计并动手制作一具简易赤道式日晷模型。5.学会正确摆放日晷，并能初步利用其进行时间观测与读数。（二）过程与方法1.通过观察、讨论、查阅资料等方式，引导学生主动探究日晷的奥秘。2.在日晷制作过程中，培养学生的规划能力、动手操作能力和解决实际问题的能力。3.通过小组合作，提升学生的沟通协作与团队精神。4.鼓励学生将所学知识应用于实践，通过对日晷的观测与调试，体验科学探究的完整过程。（三）情感态度与价值观1.感受古人的智慧与创造力，激发对中华优秀传统文化的自豪感与探究兴趣。2.培养学生严谨求实的科学态度和精益求精的工匠精神。3.引导学生关注自然现象与科学原理的联系，提升科学素养。4.在实践与创造中体验成功的喜悦，增强自信心与学习主动性。三、教学对象本课程适用于初中年级学生，或具备相应认知水平与动手能力的小学高年级学生。课程内容可根据学生具体情况进行适当调整与深化。四、课时安排建议总课时为4-6课时（每课时45分钟），具体分配可根据实际教学进度灵活调整：*第一课时：日晷的前世今生——历史文化与基本认知*第二课时：光影的密码——日晷计时原理与结构解析*第三、四课时：巧手制日晷——设计、制作与调试（可根据制作复杂度拆分或合并）*第五课时：日晷“上岗”记——观测、校准与交流*第六课时（可选）：日晷的拓展与畅想——文化意义探讨与创意设计五、教学重难点（一）教学重点1.日晷计时的基本原理：太阳的视运动与影子方向、长度变化的关系。2.赤道式日晷的结构特点及其与地球赤道、地轴的对应关系。3.简易赤道式日晷的设计与制作过程。（二）教学难点1.理解晷面与晷针的倾斜角度（与当地纬度的关系）及其对计时准确性的影响。2.晷面刻度的划分原理（十二时辰与二十四小时的对应，刻度均匀性的理解）。3.实际制作中日晷的水平调整、方向校准及晷针安装的精确性。4.解释不同季节、不同地点日晷计时的差异及局限性。六、教学准备（一）教师准备1.教学资源：*多媒体课件（PPT）：包含日晷图片、视频资料、历史故事、原理示意图、制作步骤分解等。*实物教具：各式日晷模型（若有条件）、大型演示用日晷半成品（用于关键步骤示范）。*图文资料：日晷相关的历史文献片段、古人计时趣闻、不同文化中的日晷图片集。2.材料工具（演示用及备用）：*晷盘材料：厚纸板、木板、塑料板、轻质金属板等。*晷针材料：竹签、细金属棒、吸管（内插细铁丝）等。*固定与连接材料：胶水、双面胶、热熔胶枪、小钉子、螺丝螺母等。*测量与绘图工具：直尺、圆规、量角器、铅笔、彩笔、剪刀、美工刀、砂纸等。*校准工具：指南针、水平仪（或自制简易水平装置）。3.场地布置：*理论课：普通教室，确保多媒体设备正常运行。*实践课：美术教室或劳技教室，配备工作台，确保通风良好，有足够操作空间。可分组围坐，便于协作与交流。*观测课：选择校园内阳光充足、开阔无遮挡的平地（如操场、楼顶平台）。（二）学生准备1.学习用品：笔记本、铅笔、橡皮、直尺。2.制作材料（可提前告知学生准备，或由教师统一提供）：*晷盘基材：建议使用厚度5mm以上的硬纸板（如鞋盒盖、快递纸箱硬纸板），或轻质木板、塑料板。尺寸建议直径15-25厘米。*晷针：长度适中的竹签或细木棒（约10-15厘米），一端削尖。*固定材料：胶水（白乳胶或固体胶）、剪刀、美工刀（需在教师指导下安全使用）。*绘图工具：圆规、量角器、彩色铅笔、黑色水笔。*其他：小重物（用于稳定底座，如石块、沙袋，可选）、透明胶带（用于临时固定或标记）。*（可选）装饰材料：颜料、彩纸、贴纸等。（三）安全提示*强调美工刀、剪刀等工具的安全使用规范，严禁嬉戏打闹。*使用胶水等材料时注意保持卫生，避免误食。*户外活动注意防晒，避免在强光下长时间直视太阳。七、教学过程第一课时：日晷的前世今生——历史文化与基本认知1.导入新课（约10分钟）*情境创设：提问“同学们，我们现在怎么知道时间？”（手表、手机、时钟等）。“那么，在没有这些现代工具的古代，人们是如何感知和记录时间流逝的呢？”引导学生思考古代计时方法（如看太阳、燃香、滴水等）。*图片/视频展示：播放或展示不同造型、不同材质的日晷图片或短视频，引出“日晷”这一主题，激发学生好奇心。提问：“大家觉得这是什么？它有什么用？”*揭示课题：“这就是我们今天要探索的智慧瑰宝——日晷。”板书课题。2.日晷的“成长史”（约15分钟）*历史溯源：简述日晷的起源（可提及古埃及、古巴比伦的早期影子钟，重点介绍中国古代日晷的发展，如汉代的“圭表”与“日晷”的关系，唐代的赤道式日晷等）。*文化意义：介绍日晷在古代社会的重要性，不仅是计时工具，还与历法制定、祭祀活动、建筑规划等息息相关，体现了古人“天人合一”的哲学思想。可穿插一两个与日晷相关的历史故事或成语（如“一寸光阴一寸金”的由来，是否与日晷直接相关可辨析）。*世界之窗：简要介绍其他古代文明（如古希腊、古罗马）的日晷，展现人类对时间认知的共性与多样性。3.日晷“大家族”（约15分钟）*基本分类：结合图片，介绍日晷的主要类型，如根据晷面摆放位置和朝向分为：赤道式日晷、地平式日晷、垂直式日晷（墙面日晷）、斜式日晷等。重点展示赤道式日晷，指出其是最常见、原理相对易懂且计时较为准确的一种。*共同特征：引导学生观察各类日晷，总结其基本构成要素——晷盘（有刻度）、晷针（指向北极星方向）。*互动提问：“这些日晷看起来形态各异，它们是如何告诉我们时间的呢？”“它们的共同点是什么？不同点又可能带来什么影响？”为下一课原理探究做铺垫。4.课堂小结与预告（约5分钟）*回顾本节课所学日晷的历史、文化及基本类型。*布置简短预习任务：观察一天中阳光下物体影子的方向和长度是如何变化的，并做简单记录。*预告下节课将深入探究日晷计时的奥秘。第二课时：光影的密码——日晷计时原理与结构解析1.复习回顾与问题聚焦（约5分钟）*提问：“上节课我们认识了古代的计时工具——日晷，谁能说说日晷主要由哪几部分组成？”*“同学们课前观察了一天中影子的变化，谁来分享一下你的发现？”（影子方向、长短变化）*“日晷正是利用了这种光影变化来计时的。那么，这其中究竟蕴含着怎样的科学道理呢？”2.探究日晷计时基本原理（约20分钟）*模拟实验/动画演示：*利用手电筒（模拟太阳）照射一根直立的铅笔（模拟晷针），观察铅笔在水平桌面（模拟简化的晷面）上影子的方向和长度变化。*缓慢转动手电筒（模拟太阳东升西落的视运动），引导学生观察影子的移动方向和角度变化。*提问：影子的移动方向与“太阳”移动方向有何关系？（相反）影子的长短与“太阳”的“高度”有何关系？（“太阳”越高，影子越短）*联系地球运动：*讲解：我们看到的太阳东升西落，其实是地球自西向东自转的结果。正是由于地球的自转，使得太阳的视位置不断变化，从而导致物体的影子也随之变化。*日晷就是通过观测晷针影子在晷面上的位置来确定时间的。*赤道式日晷的“秘密”：*展示地球仪，指出地球的赤道和地轴。*讲解赤道式日晷的设计理念：晷面平行于地球赤道面，晷针指向北极星方向，即平行于地球自转轴。*重点演示：为什么晷面要倾斜？（倾斜角度等于当地纬度）。可以用一个圆盘代表晷面，一根轴代表晷针，调整圆盘与桌面的夹角，使其与地球仪上当地纬度线平行。*引导理解：在赤道式日晷上，由于晷面平行于赤道，太阳的周日视运动轨迹与晷面平行，因此晷针影子在晷面上的移动是均匀的，刻度也是均匀的。这是赤道式日晷的优点。3.赤道式日晷结构详解（约15分钟）*晷盘：*形状：通常为圆形或椭圆形（赤道式多为圆形）。*刻度：介绍古代的十二时辰（子、丑、寅、卯……亥）与现代二十四小时制的对应关系。展示晷面刻度图，解释刻度的划分方法（将圆周等分为十二或二十四份）。强调赤道式日晷刻度的均匀性。*正反两面：由于太阳在南北回归线之间移动，赤道式日晷晷盘通常两面都有刻度，分别用于春分到秋分（北半球，太阳在赤道以北，使用上盘）和秋分到春分（使用下盘）。*晷针：*材质：坚硬、细长、不易弯曲，能形成清晰影子。*安装：垂直穿过晷盘中心，指向北极星（即与地轴平行）。其倾斜角度等于当地纬度。*作用：形成投影，指示时间。*底座：*作用：支撑晷盘，保证晷盘水平（或按要求倾斜），并能固定方向（南北方向）。4.课堂小结与制作任务布置（约5分钟）*总结本节课学习的日晷原理和结构要点。*明确告知学生下节课将动手制作简易赤道式日晷，并简要介绍制作的大致流程和所需材料，提醒学生做好准备。第三、四课时：巧手制日晷——设计、制作与调试1.制作前的规划与指导（约10-15分钟）*分组协作：可将学生分成4-6人小组，明确分工（如材料员、绘图员、裁剪员、安装员等），强调团队合作。*设计方案：引导学生思考并简单绘制自己小组日晷的设计草图，包括晷盘大小、形状、刻度样式、底座设计等。鼓励创新，但需符合基本原理。*制作步骤讲解与示范（结合PPT或实物演示）：*步骤一：制作晷盘：*确定晷盘尺寸，在选定材料上画圆（可用圆规或借助圆形物体描画）。*确定晷盘中心。*绘制南北方向线（基线）。*根据当地纬度，计算并标记出晷面应倾斜的角度（此角度即为晷盘平面与水平面的夹角，等于90度减去当地纬度。例如，北纬30度，晷面与水平面夹角为60度）。此步骤教师需重点指导，可在晷盘边缘标记出倾斜方向。*绘制刻度：*先确定午时（正午）刻度线（与南北基线重合，指向正南）。*向左右两侧均匀划分刻度，每一小时对应15度（360度/24小时）。可先标记整点，再细分。*标注时辰名称或现代时间数字。*步骤二：制作底座：*设计并制作一个能稳定支撑晷盘，并能将晷盘倾斜至所需角度的底座。可以是简单的三角形支架，或带坡度的平台。*确保底座上表面（或支撑晷盘的部分）水平（可预留水平仪安装位置或指导学生用简易方法找平）。*步骤三：安装晷针：*在晷盘中心垂直钻孔或固定晷针。确保晷针垂直于晷盘平面，且指向准确（与底座的南北方向配合，最终指向北极星）。*晷针长度要适中，以能在晷面上形成清晰影子为宜。*步骤四：校准与调试：初步组装完成后，检查各部分是否牢固，晷面角度是否正确。2.学生分组制作（约60-70分钟，可分两课时进行）*学生根据设计方案和教师指导，分工合作进行制作。*教师巡视指导，及时解决学生在测量、绘图、裁剪、安装过程中遇到的问题。*重点关注：*晷盘刻度绘制的准确性。*晷面倾斜角度的计算与实现。*晷针安装的垂直度和稳固性。*工具使用的安全性。*鼓励学生在保证基本功能的前提下，对晷盘进行美化装饰（如绘制传统纹样、书写与时间相关的诗词警句等）。3.初步检查与问题反馈（每课时结束前约5分钟）*各组展示制作进展，教